Was das 5G-Netz wirklich bringt

LTE, die vierte Mobilfunkgeneration (4G), scheint gerade bei den Nutzern angekommen zu sein, da dreht sich schon alles um 5G. Insbesondere auf dem Mobile World Congress in Barcelona ist der neue Mobilfunkstandard, der bis 2020 startklar sein soll, das Branchenthema schlechthin. Doch wie wird sich 5G überhaupt bemerkbar machen?

Zunächst einmal mit der angestrebten enormen Übertragungsbandbreite von theoretisch 10 Gigabit pro Sekunde (GBit/s). Das sind 10.000 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Bei den derzeitigen LTE-Netzen sind im Regelbetrieb theoretische 300 Mbit/s das Höchste der Gefühle, und viele Smartphone-Nutzer surfen in Tarifen mit maximal 50 Mbit/s. Man sieht schon hier: 4G und 5G trennen Welten.

Man sollte aber keine übersteigerten Erwartungen an die 5G-Datenraten haben - vor allem in der Anfangsphase. "10 GBit/s werden kommen", sagt Slamowir Stanczak, Leiter der Abteilung drahtlose Kommunikation und Netze am Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, das in Barcelona seine Forschungs- und Entwicklungsarbeiten rund um 5G zeigt. "Allerdings nicht überall und nicht für jeden." Dennn die erreichbaren Raten in einer Funkzelle müssen auch weiterhin auf alle Nutzer, die sich darin befinden, aufgeteilt werden.

Für viele Anwendungszwecke ohnehin viel wichtiger: 5G soll die Laufzeit der Signale im Netz gegenüber LTE bis um den Faktor 40 verkürzen. Die Signalverzögerung (Latenz) beträgt dann idealerweise nur noch eine Millisekunde oder weniger. Das bedeutet drastisch verkürzte, vom Menschen nicht mehr wahrnehmbare Reaktionszeiten für übers Internet gesteuerte Anwendungen.

"Die Netzbetreiber machen momentan ihre Geschäfte hauptsächlich noch mit hohen Datenraten", erklärt Stanczak. "Aber die Industrie braucht kurze Latenzzeiten, hohe Zuverlässigkeit, hohe Sicherheit und hohe Verfügbarkeit." 5G soll die Lösung sein und sowohl datenhungrige Verbraucher als auch Unternehmen glücklich machen, die vor allem an der Echtzeit-Kontrolle und -Steuerung ihrer vernetzten Maschinen und Fahrzeuge interessiert sind.

"Massive Vorteile für das Internet der Dinge" sieht Phil Twist, Kommunikationschef von Nokias Mobile-Networks-Sparte zudem in den kommenden 5G-Netzen. "Sie bieten 1000 Mal mehr Kapazität, um Dinge zu vernetzen" – verglichen mit LTE-Netzen.

Das ist auch notwendig. Denn 5G wird vom Internet der Dinge künftig nicht nur durch zahllose vernetzte Wearables gefordert: Autos sollen in Echtzeit kommunizieren. Und auch virtuelle (VR) oder erweiterte Realität (AR) wird mobil.

Die erste Version eines 5G-Standards hat das zuständige Gremium Third Generation Partnership Project (3GPP) Ende Dezember 2017 verabschiedet. Auf dieser Basis haben schon viele Unternehmen erste 5G-Chips für Smartphones, Funkzellen oder Router sowie passende Geräte, Netzwerkausrüstung und Antennentechnik entwickelt, die sie mit zur Messe gebracht haben.

So hat der Chinesische Mobilfunkanbieter Huawei in Barcelona einen 5G-Chip für Mobile Geräte vorgestellt. US-Chiphersteller Intel kündigte für 2019 5G-fähige Chips für Smartphones und Computer an. So gut wie alle Netzwerkausrüster, Mobilfunkanbieter und Chiphersteller arbeiten in Konsortien zusammen an der Entwicklung von 5G-Standards. Zudem hat die EU einen Pitch ausgeschrieben, um Städte in Europa zu 5G-Hauptstädte zu machen. Eine Stadt, die sich bewirbt, ist Barcelona.

Aber wie sind höhere Datenraten und kürzere Reaktionszeiten technisch zu erreichen? Dazu sind drei Entwicklungsrichtungen zu beobachten, erklärt Stanczak: Die Anzahl der Antennen wird drastisch erhöht, so dass sich teilweise mehr Antennen als Nutzer in einer Zelle befinden. Solche Antennensysteme werden als Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) bezeichnet.

Zudem sollen die Netze dichter werden, was bedeutet, dass der Abstand zwischen den Basisstationen kleiner wird als bei LTE. Und da das derzeit genutzte Frequenzspektrum zwischen 0,8 und 2,6 Gigahertz (GHz) voll ist, müssen höhere Frequenzen für die Datenübertragung genutzt werden, um mehr Bandbreite zu erreichen, so Stanczak.

Damit die Signallaufzeiten im Millisekundenbereich bleiben, müssen Mobilfunknetze auch dezentraler organisiert werden. Das bedeutet, dass bestimmte Daten aus einer Funkzelle für bestimmte Anwendungen nicht weit verschickt, sondern direkt in der zugehörigen Basisstation gefiltert oder verarbeitet werden müssen. Das erledigen Computermodule, mit denen die Stationen bestückt werden.

"Lkws, die hintereinander im Verbund vernetzt autonom fahren, brauchen unter Umständen extrem kurze Latenzzeiten für die Vernetzung bei hoher Zuverlässigkeit", erklärt Stanczak. Die seien etwa auch dann nötig, wenn ein mit einer Kamera ausgestatteter Lkw die Sicht nach vorne als Live-Video an die nachfolgenden Fahrzeuge senden möchte. Die Berechnung bestimmter, echtzeitkritischer Funktionen wie etwa Fahrerwarnungen oder Notbremsungen werden dann bei beiden Einsatzszenarien direkt vor Ort von den Nachbarbasisstationen unterstützt.

"Wenn das Fahrzeug vernetzt ist, dann sieht das Fahrzeug mehr, es kann sogar in die Zukunft schauen - und etwa Unfälle verhindern oder vermeiden, bevor sie passieren", fasst Netzwerk-Informationstheoretiker Stanczak die Vorteile von 5G-Vernetzung und Edge Computing zusammen. Die 5G-Netze können außerdem berücksichtigen, dass nicht alles gleich wichtig ist, nicht alles gleich viel Bandbreite braucht oder nicht alles gleich schnell angesprochen werden können muss. Per Software lassen sich 5G-Netze und -Ressourcen deshalb abstufen und aufteilen: "Network Slicing generiert die Kapazität, die gerade gebraucht wird", sagt Phil Twist.

Das eine Unternetz hat dann etwa besonders viel Bandbreite zum Streamen von Videos, das andere ist besonders reaktionsschnell und könnte zur Vernetzung von Autos eingesetzt werden. Doch Network Slicing funktioniert ausschließlich in 5G-Netzen, 4G-Netze bieten solche Möglichkeiten nicht, erklärt Twist.

Nokia testet gerade im Hamburger Hafen ein 5G-Netz mit Anwendungen wie Ampelsteuerungen, Echtzeit-Übertragung von Umweltmessdaten oder der Virtual-Reality-Überwachung von Schleusen oder Baustellen. Für jeden Anwendungsbereich gibt es ein separates, virtuelles Netz, was die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Anpassbarkeit erhöhen soll.

Das Supernetz wird aber nicht von heute auf morgen da sein, sondern sich langsam entwickeln. Denn noch ist LTE nicht ausgereizt. "Mit 4G bekommt man Gigabit-Geschwindigkeit hin", sagt Twist. Bei diesem Zwischenschritt auf dem Weg zu 5G ist oft von 4,5 G die Rede. "4G wird für die nächsten fünf Jahre das Mainstream-Mobilfunknetz bleiben", prognostiziert Twist. Erste 5G-Inseln sollen ab 2020 zunächst für bestimmte Anwendungen entstehen und dann immer weiter wachsen.

Eine solche 5G-Insel soll beispielsweise 2020 zu den Olympischen Winterspielen in Tokio live gehen. Intel und Toyota, der Japanische Zulieferer Denso sowie Ericsson und NTT Docomo arbeiten hier zusammen, um ein völlig neues Konzept von einer vernetzten Stadt auf die Beine zu stellen. 5G-Netz inklusive – denn die Autos, die hier fahren, bekommen ihre Daten über 5G-Schnittstellen.(av/dpa)

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